RUDN Journal of Ecology and Life SafetyRUDN Journal of Ecology and Life SafetyВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности2313-23102408-8919Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)3758810.22363/2313-2310-2023-31-4-556-571RYFCYABiological resourcesБиологические ресурсыResearch ArticleEvaluation of the effect of antibiotics on the growth reactions of higher plants - potential phytoremediantsОценка воздействия антибиотиков на ростовые реакции высших растений - потенциальных фиторемедиантовhttps://orcid.org/0000-0001-8427-37328427-9622TimofeevaSvetlana S.ТимофееваСветлана Семеновна

D. of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

sstimofeeva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2464-261X6806-7565TyukalovaOlga V.ТюкаловаОльга Васильевна

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Industrial Ecology and Life Safety

кандидат химических наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

olgaburlak1@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7085-94682694-7070TimofeevSemyon S.ТимофеевСемён Сергеевич

Senior Lecturer of the Department of Industrial Ecology and Life Safety

старший преподаватель кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

sstimofeeva@mail.ruIrkutsk National Research Technical UniversityИркутский национальный исследовательский технический университет15122023314VOL 31, NO4 (2023)ТОМ 31, №4 (2023)55657124012024Copyright ©; 2023, Timofeeva S.S., Tyukalova O.V., Timofeev S.S.Copyright ©; 2023, Тимофеева С.С., Тюкалова О.В., Тимофеев С.С.2023Timofeeva S.S., Tyukalova O.V., Timofeev S.S.Тимофеева С.С., Тюкалова О.В., Тимофеев С.С.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/ecology/article/view/37588

The relevance of the work is due to the need to study the assessment of the toxicity of antimicrobial drugs for environmental objects. The simplest and most obvious methods of assessing the impact of antibiotics on the environment are bioindication methods, in particular, the assessment of phytotoxicity of drugs. The study presents the results of the analysis of the cytotoxic effect of antibiotics of different nature in relation to herbaceous plants of various systematic groups in a laboratory experiment. The phytotoxic effect of the considered antibiotic samples was determined by comparing the indicators of the test function of the seeds of the control and experimental groups. The dependence of the magnitude of the phytotoxic effect on the pharmaceutical group of the antibiotic is shown. The data obtained are the basis for further research to assess the negative impact on the environment and the development of technologies for phytoremediation of environmental objects. The purpose of this work was to evaluate the effect of antibiotics on the growth reactions of higher plants - potential phytoremediants.

Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования оценки токсичности противомикробных препаратов для объектов окружающей среды. Наиболее простыми и наглядными методами оценки воздействия антибиотиков на окружающую среду являются биоиндикационные методы, в частности оценка фитотоксичности препаратов. Приведены результаты анализа фитотоксического эффекта антибиотиков разной природы по отношению к травянистым растениям различных систематических групп в рамках лабораторного эксперимента. Определен фитотоксический эффект рассматриваемых образцов антибиотиков путем сопоставления показателей тест-функции семян контрольных и опытных групп. Показана зависимость величины фитотоксического эффекта в зависимости от фармацевтической группы антибиотика. Полученные данные являются основой для проведения дальнейших исследований по оценке негативного воздействия на окружающую среду и разработке технологий фиторемедиации объектов окружающей среды. Цель исследования - оценка воздействия антибиотиков на ростовые реакции высших растений - потенциальных фиторемедиантов.

antibioticphytotoxic effectphytotestinglawnsphytoremediantsантибиотикфитотоксический эффектфитотестированиегазоныфиторемедиантыThe work was supported by the Academic Council of IRNITU grant No. 18RAN_2020 “Technogenic risks of the Baikal region”.Работа выполнена при поддержке Ученого совета ИРНИТУ грант № 18РАН_2020 «Техногенные риски Байкальского региона».Barenboim GM. Pollution of natural waters by medicines. Moscow: Nauka; 2015. (In Russ.)Баренбойм Г.М. Загрязнение природных вод лекарствами. М.: Наука, 2015.Vodyanitskii YuN, Yakovlev AS. Contamination of soils and soil-groundwater with new organic micro pollutants. Soil Science. 2016;5:609–619. (In Russ.)Водяницкий Ю.Н., Яковлев А.С. Загрязнение почв и почвенно-грунтовых вод новыми органическими микрополлютантами // Почвоведение. 2016. № 5. С. 609-619.Kukec VG, Sychev DA (eds.) Clinical pharmacology. 6th ed. Moscow: GEHOTAR-Media, 2021. (In Russ.)Клиническая фармакология / под ред. В.Г. Кукеса, Д.А. Сычева. 6-е изд. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021.Kraemer SA, Ramachandran A, Perron GG. Antibiotic pollution in the environment: from microbial ecology to public policy. Microorganisms. 2019;7:180. http://doi.org/10.3390/microorganisms7060180Kraemer S.A., Ramachandran A., Perron G.G. Antibiotic pollution in the environment: from microbial ecology to public policy // Microorganisms. 2019. № 7. Р. 180. http://doi.org/10.3390/microorganisms7060180Zheng D, Yin G, Liu M, Chen C, Jiang Y, Hou L, et al. A systematic review of antibiotics and antibiotic resistance genes in estuarine and coastal environments. Science of The Total Environment. 2021;777(2):146009. http://doi.org/10.1016/j.scitotenv. 146009Zheng D., Yin G., Liu M., Chen C., Jiang Y., Hou L., Zheng Y. A systematic review of antibiotics and antibiotic resistance genes in estuarine and coastal environments // Science of The Total Environment. 2021. No. 777 (2). Р. 146009. http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146009De Carvalho JF, Moraes JEF. Treatment of simulated industrial pharmaceutical wastewater containing amoxicillin antibiotic via advanced oxidation processes. Environmental Technology. 2021;42(26):4145–4157. http://doi.org/10.1080/09593330. 2020.1745296De Carvalho J.F., Moraes J.E.F. Treatment of simulated industrial pharmaceutical wastewater containing amoxicillin antibiotic via advanced oxidation processes // Environmental Technology. 2021. Vol. 42 (26). Р. 4145-4157. http://doi.org/10.1080/09593330.2020.1745296Rooklidge SJ. Enviromental antimicrobial contamination from terraccumulation and diffuse pollution pathways. Science of the Total Enviroment. 2004;325:1–13. http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2003.11.007Rooklidge S.J. Enviromental antimicrobial contamination from terraccumulation and diffuse pollution pathways // Science of the Total Enviroment. 2004. Vol. 325. P. 1-13. http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2003.11.007Zhu YG, Johnson TA, Su JQ, Qiao M, Guo GX, Stedtfeld, RD, et al. Diverse and abundant antibiotic resistance genes in chinese swine farms. PNAS. 2013;110(9):3435‒3440. http://doi.org/10.1073/pnas.1222743110Zhu Y.G., Johnson T.A., Su, J.Q., Qiao M., Guo G.X., Stedtfeld R.D. et al. Diverse and abundant antibiotic resistance genes in chinese swine farms // PNAS. 2013. Vol. 110(9). Р. 3435-3440. http://doi.org/10.1073/pnas.1222743110Datta R, Das P, Smith S, Punamiya P, Ramanathan DM, Reddy R, Sarkar D. Phitoremidiation potential of vetiver grass [Chrisopogon zizanioides (L.)] for tetracycline. Int J Phytoremidiation. 2013;15(4):343–351. http://doi.org/10.1080/ 15226514.2012.702803Datta R., Das P., Smith S., Punamiya P., Ramanathan D.M., Reddy R., Sarkar D. Phitoremidiation potential of vetiver grass [Chrisopogon zizanioides (L.)] for tetracycline // Int J Phytoremidiation. 2013. Vol. 15(4). Р. 343-351. http://doi.org/10.1080/15226514.2012.702803Rodriguez-Mozaz S, Chamorro S, Marti E, Huerta B, Gros M, Sànchez-Melsió, A, et al. Occurrence of antibiotics and antibiotic resistance genes in hospital and urban wastewaters and their impact on the receiving river. Water Research. 2015;69:234‒242. http://doi.org/10.1016/j.watres.2014.11.021Rodriguez-Mozaz S., Chamorro S., Marti E., Huerta B., Gros M., Sànchez-Melsió A. et al. Occurrence of antibiotics and antibiotic resistance genes in hospital and urban wastewaters and their impact on the receiving river // Water Research. 2015. Vol. 69. Р. 234-242. http://doi.org/10.1016/j.watres.2014.11.021Danner M-C, Anne Robertson A., Volker Behrends V., Reiss J. Antibiotic pollution in surface fresh waters: Occurrence and effects. Science of The Total Environment. 2019;664(10):793–804. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.406Danner M.-C., Robertson A., Behrends V., Reiss J. Antibiotic pollution in surface fresh waters: Occurrence and effects // Science of The Total Environment. 10 May 2019. Vol. 664. P. 793-804 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.406Boxall А, Wilkinson J. Identifying hotspots of resistance selection from antibiotic exposure in urban environments around the world. SETAC Europe 29th Annual Meeting, Helsinki, Finland. May 27, 2019.Boxall A., Wilkinson J. Identifying hotspots of resistance selection from antibiotic exposure in urban environments around the world // SETAC Europe 29th Annual Meeting, Helsinki, Finland. May 27, 2019.Zhi C, Zhou J, Yang F, Tian L, Zhang K. Systematic analysis of occurrence and variation tendency about 58 typical veterinary antibiotics during animal wastewater disposal processes in Tianjin, China. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018;165:376–385. http://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.08.101Zhi C., Zhou J., Yang F., Tian L., Zhang K. Systematic analysis of occurrence and variation tendency about 58 typical veterinary antibiotics during animal wastewater disposal processes in Tianjin, China // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. V. 165. P. 376-385. http://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.08.101Zhang Y, Wang B, Cagnetta G, Duan L, Yang J, Deng S, et al. Typical pharmaceuticals in major WWTPs in Beijing, China: Occurrence, load pattern and calculation reliability. Water Research. 2018;140:291–300. http://doi.org/10.1016/j.watres.2018.04.056Zhang Y., Wang B., Cagnetta G., Duan L., Yang J., Deng S., et al. Typical pharmaceuticals in major WWTPs in Beijing, China: Occurrence, load pattern and calculation reliability // Water Research. 2018. Vol. 140. P. 291-300. http://doi.org/10.1016/j.watres.2018.04.056Li Z, Zheng T, Li M, Liu X. Organic contaminants in the effluent of Chinese wastewater treatment plants. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25:26852–26860. http://doi.org/10.1007/ s11356-018-2840-2Li Z., Zheng T., Li M., Liu X. Organic contaminants in the effluent of Chinese wastewater treatment plants // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25. P. 26852-26860. http://doi.org/10.1007/ s11356-018-2840-2Zhanga M, Liu Y, Zhao J, Liu W, He L, Zhang J, et al. Occurrence, fate and mass loadings of antibiotics in two swine wastewater treatment systems. Science of the Total Environment. 2018;639:1421–1431. http://doi.org/10.1016/j.amjcard.2008.02.056Zhanga M., Liu Y., Zhao J., Liu W., He L., Zhang J. et al. Occurrence, fate and mass loadings of antibiotics in two swine wastewater treatment systems // Science of the Total Environment. 2018. Vol. 639. P. 1421-1431. http://doi.org/10.1016/j.amjcard.2008.02.056Williams M, Kookana RS, Mehta A, Yadav SK, Tailor BL, Maheshwari B. Emerging contaminants in a river receiving untreated wastewater from an Indian urban centre. Science of the Total Environment. 2019;647:1256–1265. http://doi.org/10.1016/ j.scitotenv.2018.08.084Williams M., Kookana R.S., Mehta A., Yadav S.K., Tailor B.L., Maheshwari B. Emerging contaminants in a river receiving untreated wastewater from an Indian urban centre // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 647. P. 1256-1265. http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.084Shuvarin MV, Borisova EE, Ganin DV, Shuvarina NA, Lekhanov IA. Экологические проблемы утилизации отходов животноводства. Vestnik NGIEI. 2020;4(107):101–112. http://doi.org/10.24411/2227-9407-2020-10068Шуварин М.В., Борисова Е.Е., Ганин Д.В., Шуварина Н.А., Леханов И.А. Экологические проблемы утилизации отходов животноводства // Вестник НГИЭИ. 2020. № 4 (107). С. 101-112. http://doi.org/10.24411/2227-9407-2020-10068Galchenko DS, Smirnova MG, Sokolova LI. Using natural aluminosilicate (vermiculite) sorbent for purifying waste water from antibiotics. XXI Century. Technosphere Safety. 2021;6(4):387–394. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2021-4-387-394. (In Russ.)Гальченко Д.С., Смирнова М.Г., Соколова Л.И. Использование сорбента на основе природного алюмосиликата (вермикулита) для очистки сточных вод от антибиотиков // XXI век. Техносферная безопасность. 2021. Т. 6. № 4. С. 387-394. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2021-4-387-394Sokolova LI, Gal’chenko DS, Smirnova MG, Blinovskaya YaYu. Using of natural aluminosilicates for clean wastewater from antibiotics various classes. Gidrometeorologiya i Ekologiya. Journal of Hydrometeorology and Ecology (Proceedings of the Russian State Hydrometeorological University). 2021;62:113–126. http://doi.org/10.33933/2074-2762-2021-62-113-126 (In Russ).Соколова Л.И., Гальченко Д.С., Смирнова М.Г., Блиновская Я.Ю. Использование природных алюмосиликатов для очистки сточных вод от антибиотиков различных классов // Журнал гидрометеорологии и экологии (Труды Российского государственного гидрометеорологического университета). 2021. № 62. C. 113-126. http://doi.org/10.33933/2074-2762-2021-62-113-126Novikova YuA, Markova OL, Fridman KB. The main directions of minimizing risks to public health caused by contamination of surface sources of drinking water supply with drugs. Gigiena i sanitariya. 2018;97(12):1166–1170. http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-12-1166-1170. (In Russ).Новикова Ю.А., Маркова О.Л., Фридман К.Б. Основные направления минимизации рисков здоровью населения, обусловленных загрязнением поверхностных источников питьевого водоснабжения лекарственными средствами // Гигиена и санитария. 2018. № 97(12). С. 1166-1170. http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-12-1166-1170Timofeeva SS, Shupletsova ID. Forecasting environmental risks of micro-pollutants in the Baikal region. XXI century. Technosphere safety. 2020;5(3):269–283. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-3-269-283 (In Russ.).Тимофеева С.С., Шуплецова И.Д. Прогнозирование экологических рисков микрополлютантов в Байкальском регионе // XXI век. Техносферная безопасность. 2020. № 5 (3). С. 269-283. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-3-269-283Timofeeva SS, Gudilova OS. Antibiotics in the environment: state and problems. XXI century. Technosphere safety. 2021;6(3):251–265. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2021-3-251-265 (In Russ.).Тимофеева С.С., Гудилова О.С. Антибиотики в окружающей среде: состояние и проблемы // XXI век. Техносферная безопасность. 2021. Т. 6. № 3. С. 251-265. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2021-3-251-26Timofeeva SS, Timofeev SS, Tyukalova OV. Assessment of potential risks to the health of the population of the Baikal region when using products contaminated withantibiotics. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2022;30(3):312–325. http://doi.org/10.22363/2313-2310-2022-30-3-312-325. (In Russ.).Тимофеева С.С., Тимофеев С.С., Тюкалова О.В. Оценка потенциальных рисков для здоровья населения Байкальского региона при употреблении продуктов, загрязненных антибиотиками // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2022. Т. 30. № 3. C. 312-325. http://doi.org/10.22363/2313-2310-2022-30-3-312-325Chesnokova SM, Savel'ev OV. Assessing the antibiotic resistance of various groups in water environment through biotesting. International Research Journal. 2020;9–1(99):101–110. https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.99.9.018. (In Russ.).Чеснокова С.М., Савельев О.В. Оценка устойчивости антибиотиков различных групп в водной среде методом биотестирования // Международный научно-исследовательский журнал. 2020. № 9-1 (99). С. 101-110. https://doi.org/10.23670/ IRJ.2020.99.9.018Egorov NS. Fundamentals of learning about antibiotics. 6th ed. Moscow: Izd. MGU. Nauka; 2004. (In Russ.).Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках: учебник. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ; Наука, 2004. 528 с.